美國(guó)與歐洲分布式發(fā)電的比較論文
【摘要】分布式發(fā)電的發(fā)展將有賴(lài)于電力市場(chǎng)的開(kāi)放、官僚作風(fēng)的克服及其權(quán)利的下放和日新月異的現(xiàn)代電子通訊技術(shù)等，并通過(guò)熱電聯(lián)供的方式達(dá)到更高的效率。 為此，在推廣應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)（如燃?xì)夂腿加桶l(fā)動(dòng)機(jī)）的同時(shí)，應(yīng)更加注重創(chuàng)新與管理。另外，必須看到內(nèi)燃機(jī)已發(fā)展得相當(dāng)完善，改進(jìn)的空間有限，應(yīng)積極為成本和性能可與發(fā)動(dòng)機(jī)相比、已處于工業(yè)實(shí)驗(yàn)階段的新技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)創(chuàng)造機(jī)會(huì)。
1．回 顧
在歐洲，分布式能源已不再是新技術(shù)。自1973年能源危機(jī)之后，企業(yè)就積極進(jìn)行各種活動(dòng)，希望在節(jié)能方面為自己的傳統(tǒng)產(chǎn)品找到替代市場(chǎng)。因此，歐洲的工業(yè)企業(yè)對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)已十分了解。在1978至1984年間，市場(chǎng)的巨大動(dòng)力推動(dòng)著熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在住宅和服務(wù)行業(yè)的應(yīng)用。
當(dāng)時(shí)，歐洲各主要轎車(chē)企業(yè)提出了一個(gè)分布式發(fā)電的方案，即對(duì)已有的甲烷內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行改造，配以熱交換器，回收廢氣、冷卻水和機(jī)油的余熱。發(fā)動(dòng)機(jī)及機(jī)電、熱力部件與消聲保護(hù)殼整合為一體。
在1982年漢諾威博覽會(huì)上展出了15種以上不同系列的分布式發(fā)電設(shè)備，其中，菲亞特的“Totem”機(jī)型是已工業(yè)化的產(chǎn)品之一，它的發(fā)電量15 kWe，供熱量34kW，平均發(fā)電總效率為28%，平均凈效率26%，結(jié)構(gòu)緊湊（約1m3），配有催化式消音器和運(yùn)行管理的計(jì)算機(jī)控制面板。在歐洲各國(guó)大約已裝了2000臺(tái)“Totem”機(jī)組, 主要是在服務(wù)行業(yè)。
最令人感興趣的分布式發(fā)電例子是Multiservice 公司開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。該公司位于人口約10萬(wàn)的Vicenza市，通過(guò)自有渠道銷(xiāo)售甲烷和電力。1982至1986年間，公司選擇了每年熱負(fù)荷不少于5000小時(shí)的10家用戶(hù)，共安裝了31臺(tái)“Totem”機(jī)組, 發(fā)電總量465 kW, 與中壓電網(wǎng)并網(wǎng)。每一機(jī)組的平均運(yùn)行時(shí)間約5250小時(shí)，較傳統(tǒng)系統(tǒng)節(jié)能35%。這些設(shè)備現(xiàn)在仍在運(yùn)行，從經(jīng)濟(jì)角度看，1987年的系統(tǒng)內(nèi)部收益率就達(dá)到了21.4%。
盡管分布式發(fā)電在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面已取得了良好的、鼓舞人心的成果，但至八十年代后期，菲亞特公司不再對(duì)該領(lǐng)域感興趣，歐洲其他的轎車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家同樣也是如此。其主要原因，至少在意大利，是因?yàn)椋?/p>
1） 電力部門(mén)不允許在公寓住宅區(qū)安裝Totem（這些住戶(hù)是Totem計(jì)劃的終端用戶(hù)）, 因?yàn)楣⒆?hù)不具有正式公司的組織結(jié)構(gòu)，因此無(wú)權(quán)自行向各個(gè)住戶(hù)售電。另外，Totem設(shè)備首先是用在服務(wù)行業(yè)，而用戶(hù)分散也造成了營(yíng)銷(xiāo)和維修成本的提高。至1992年，有關(guān)法律規(guī)定公共電網(wǎng)必須以支持價(jià)購(gòu)買(mǎi)可再生能源或熱電聯(lián)供的發(fā)電量，從此制造商就不再對(duì)Totem感興趣。
2） 審批、環(huán)境控制和公眾利益關(guān)系上的官僚行為--15 kW機(jī)組與150MW的機(jī)組不能區(qū)別對(duì)待，耽心小機(jī)組數(shù)量的增加。實(shí)際上，每一個(gè)消費(fèi)者是不可能自己去處理各種設(shè)備問(wèn)題的，這勢(shì)必導(dǎo)致成本提高，最終停機(jī)。
3） 對(duì)天然氣部門(mén)及輸配商缺少關(guān)注，尤其對(duì)他們宣傳推廣的小型燃?xì)忮仩t。而恰恰是小型燃?xì)忮仩t避免了一般鍋爐的公用性及由此產(chǎn)生的各種麻煩。
4） 用戶(hù)技術(shù)知識(shí)的缺乏、以及維修和安裝人員的缺少。事實(shí)上分布式發(fā)電設(shè)備的安裝和維修需要發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械、并網(wǎng)和三相負(fù)荷管理、水路循環(huán)的熱力技術(shù)、傳感器及計(jì)算機(jī)化管理等方面的熟練技術(shù)人員。
上述困難始終是分布式發(fā)電推廣應(yīng)用的主要障礙。
2．分布式發(fā)電和電氣系統(tǒng)
美國(guó)對(duì)分布式發(fā)電感興趣主要是因?yàn)檠b機(jī)容量短缺，尤其是加利福尼亞危機(jī)的發(fā)生。相反，2001年歐洲卻是以大型超容量發(fā)電機(jī)組為主，為了保證股東的分紅，公共壟斷（如電力部門(mén)）對(duì)投資新機(jī)組比擴(kuò)大老廠(chǎng)更感興趣。由于公司的私營(yíng)化，歐洲還將經(jīng)歷幾年才會(huì)不發(fā)生類(lèi)似加洲危機(jī)的情形呢？或者，為了履行京都協(xié)議，需要多少個(gè)高效聯(lián)合燃煤/燃油循環(huán)廠(chǎng)才能對(duì)節(jié)約資源產(chǎn)生作用呢？
在歐洲，即使電網(wǎng)獨(dú)立，也不會(huì)出現(xiàn)美國(guó)市場(chǎng)開(kāi)放的情形。從理論上講，可能過(guò)若干年以后，經(jīng)濟(jì)自由化進(jìn)程結(jié)束，過(guò)剩電量的轉(zhuǎn)移將成為可能。但是，官僚或財(cái)政方面的障礙仍將存在。例如，在意大利，光電屋頂計(jì)劃使光電生產(chǎn)者可與電網(wǎng)公司可對(duì)等交換電量，但不是銷(xiāo)售，因?yàn)橐獯罄呢?cái)政政策要求從事銷(xiāo)售活動(dòng)的法人應(yīng)具有增殖稅注冊(cè)號(hào)及相關(guān)的帳簿登記。由于小用戶(hù)支付的稅費(fèi)較輸配商高，分布式發(fā)電使得小電網(wǎng)得以存在并向周邊用戶(hù)售電，而且在供應(yīng)范圍內(nèi)，根據(jù)熱負(fù)荷需求而生產(chǎn)的電力可以獲利。
歐洲大規(guī)模市場(chǎng)的設(shè)想并非沒(méi)有缺憾，因?yàn)橐坏?000兆瓦的發(fā)電廠(chǎng)與1000瓦屋頂光電發(fā)電通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)的“對(duì)話(huà)”，電力王國(guó)取得優(yōu)勢(shì)的話(huà)，它的選擇將強(qiáng)加于歐洲人。
關(guān)于電力供應(yīng)可靠性問(wèn)題，在歐洲, 尤其是在城市，中負(fù)荷電網(wǎng)通常是鋪設(shè)在地下的，而美國(guó)的變壓器懸掛在電桿上。無(wú)疑，電網(wǎng)和自發(fā)電必需確保電力交易系統(tǒng)所要求的可靠性（每年斷電12秒）。
3．預(yù)期的效率和可靠性
分布式發(fā)電效率與上網(wǎng)發(fā)電廠(chǎng)的效率的比較比較。多年以來(lái)，歐洲一直很重視對(duì)進(jìn)口燃料依賴(lài)的限制（但是沒(méi)有太大的進(jìn)展），為此，其電力系統(tǒng)的燃料效率較美國(guó)的高，美國(guó)現(xiàn)在對(duì)進(jìn)口燃料的依賴(lài)性日益增大。
在歐洲還有一特殊情況，即工業(yè)企業(yè)利用熱空氣進(jìn)行干燥，所以電效率低于25%的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)就沒(méi)有市場(chǎng)的。服務(wù)業(yè)耗電量大，其所使用的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的電力凈效率，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)大小的不同可從32%提高至36%-38%不等。
以熱負(fù)荷為主的用戶(hù)情形較為復(fù)雜，一方面，自用發(fā)電量是有限的，這就降低了分布式發(fā)電的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)，另一方面，若根據(jù)熱負(fù)荷選擇高效設(shè)備（像燃料電池）的規(guī)格，可能會(huì)出現(xiàn)售電、至少是電量交換的問(wèn)題。
再看美國(guó)，其效率值低于歐洲，而高電耗（包括夏季）又使機(jī)組的電-熱指數(shù)更接近用戶(hù)的需求。
關(guān)于小型分布式發(fā)電機(jī)可靠性，歐洲的情形正逐步與美國(guó)接近。比如，幾十年前在歐洲，即使偏遠(yuǎn)地區(qū)也有維修人員以合理的價(jià)格提供小轎車(chē)的維修服務(wù)。近幾年來(lái)，勞動(dòng)力成本的提高和技術(shù)的不斷進(jìn)步，小轎車(chē)可望在一定時(shí)間內(nèi)使用而無(wú)須維修，而后再轉(zhuǎn)買(mǎi)或報(bào)廢。這與美國(guó)情形已相近了。在美國(guó)，考慮成本及距離等因素，頻繁且要求專(zhuān)業(yè)維修的機(jī)械設(shè)備是沒(méi)有市場(chǎng)的。為降低成本，工業(yè)生產(chǎn)更側(cè)重設(shè)備的.可靠性而不是效率。
4．發(fā)電成本的估計(jì)
發(fā)電成本與電價(jià)、燃?xì)獾膬r(jià)格密切相關(guān)。各國(guó)電價(jià)和燃料價(jià)格的高低取決于稅收，而稅收因燃料用途的不同而變化。為此，發(fā)電成本很難一概而論。比如，在意大利，小規(guī)模熱用戶(hù)的天然氣價(jià)格為0.70歐元/ m3。如果天然氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)，每千瓦電量所消耗的0.25 m3天然氣將轉(zhuǎn)移到用電稅收上，實(shí)際燃?xì)赓M(fèi)則降低0.22 歐元/m3。這樣，分布式發(fā)電在服務(wù)業(yè)應(yīng)用時(shí)，其電效率的要求就可適當(dāng)放寬，而家庭戶(hù)用可能存在多余電量的問(wèn)題。
維修成本是內(nèi)燃機(jī)機(jī)組發(fā)電成本的重要組成之一，其中包括更換機(jī)油、火花塞及清洗熱交換器的費(fèi)用等。以意大利的Totem 機(jī)組為例，這些維修費(fèi)用一般為0.030歐元/kWh，而兆瓦級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)為 0.015歐元/kWh, 與0.02歐元/kWh的平均輸電成本不相上下。但是在歐洲，安裝成本中還必須考慮行政管理的成本以及在市區(qū)降低噪音措施的費(fèi)用等。
5．新型發(fā)電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的比較
燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)式分布發(fā)電在過(guò)去的十幾年中雖然已安裝了成千萬(wàn)臺(tái)，但仍能未得到推廣，其主要原因一方面是分布式發(fā)電應(yīng)用存在著各種障礙，另一方面是采用的技術(shù)不恰當(dāng)。
目前市場(chǎng)上對(duì)開(kāi)發(fā)新型發(fā)動(dòng)機(jī)有三種主要方案：
1. 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)：有適合家用的1 kWe型號(hào)（ATAG方案）和適合服務(wù)業(yè)的型號(hào)（美國(guó)的25 kWe ）。因使用率高且日常維修少，這種發(fā)動(dòng)機(jī)可與高效鍋爐相媲美。為了使用戶(hù)能夠接受，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和價(jià)格便宜還有待證實(shí)。
2. 小型和微型燃?xì)馔钙剑阂曰責(zé)嵫h(huán)工作，有各種規(guī)格機(jī)型滿(mǎn)足服務(wù)業(yè)的要求。因?yàn)榭諝膺^(guò)量，燃料使用的效率不夠高，為吸引歐洲用戶(hù)的興趣，電效率不得低于30%，且性能要可靠。與內(nèi)燃機(jī)相比，燃?xì)馔钙降膬?yōu)點(diǎn)是普通維修的成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、振動(dòng)小，但電效率和總效率不及前者。
3. 燃料電池：鑒于低溫技術(shù)已接近市場(chǎng)化且滿(mǎn)足氫氣更新劑的要求，燃料電池的電效率高于并網(wǎng)電站的效率，且燃料消耗低于鍋爐。盡管燃料電池是模塊式的，但更新劑卻不是，這就意味著小容量機(jī)組在價(jià)格上不會(huì)有明顯的降低。歐洲和美國(guó)的服務(wù)業(yè)對(duì)燃料電池都極為感興趣。另外，在美國(guó)，許多無(wú)電網(wǎng)地區(qū)家庭對(duì)燃料電池有著濃厚的興趣。但燃料電池在歐洲因電網(wǎng)覆蓋面大而存在著不確定性。
6．結(jié)論
分布式發(fā)電的發(fā)展將有賴(lài)于電力市場(chǎng)的開(kāi)放、官僚作風(fēng)的克服及其權(quán)利的下放和日新月異的現(xiàn)代電子通訊技術(shù)等，并通過(guò)熱電聯(lián)供的方式達(dá)到更高的效率。
為此，在推廣應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)（如燃?xì)夂腿加桶l(fā)動(dòng)機(jī)）的同時(shí)，應(yīng)更加注重創(chuàng)新與管理。另外，必須看到內(nèi)燃機(jī)已發(fā)展得相當(dāng)完善，改進(jìn)的空間有限，應(yīng)積極為成本和性能可與發(fā)動(dòng)機(jī)相比、已處于工業(yè)實(shí)驗(yàn)階段的新技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)創(chuàng)造機(jī)會(huì)。